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FTL——简介

article 2025/9/12 9:10:03

说明：本文章内容来自《深入浅出SSD 固态存储核心技术原理与实战.pdf》

什么是FTL？

FTL的全称是Flash Translation Layer，即闪存转换；

FTL的分类

FTL分为Host Based（基于主机）和Device Based（基于设备）；
Host Based：FTL是在Host（主机）端实现，用的是计算机的CPU和内存资源，如下：
在这里插入图片描述

Device Based：FTL在Device（设备）端实现，用的是SSD上的控制器和RAM资源，如下：
在这里插入图片描述

FTL的作用

1.地址映射：记录每一笔用户数据逻辑地址到物理地址的映射关系；这也是FTL最重要的一个功能；
2.垃圾回收GC (Garbage Collection)：由于闪存需要先擦除后才能写入，由于闪存块不能覆盖写，当写人一笔新的数据时，不能直接在老地方更改(闪存不允许在一个闪存页(Page)上重复写人，一次擦除只能写人一次)，必须写到一个新的位置，因此，FW (FirmWare，固件)需要维护一张逻辑地址到物理地址的映射表。另外，往一个新的位置写人数据，会导致老位置上的数据无效化，这些数据就变为了垃圾数据。垃圾数据会占用闪存空间，当闪存可用空间不够时，FTL需要做垃圾回收，即把若干个闪存块上的有效数据搬出，写到某个新的闪存块，然后把这些之前的闪存块擦除，得到可用的闪存块，这就是GC (Garbage Collection，垃圾回收)，是FTL需要做的一件重要的事情；
3.均衡处理（Wear Leveling）：每擦除一次闪存块，都会对闪存块造成磨损，因此闪存块都是有寿命的，可以用PE(Program/Erase Count)数衡量。我们不能集中往某几个闪存块上写数据，不然这几块很快就会因PE耗尽而死亡，这不是我们想看到的。我们期望所有闪存块都用来均摊数据的写人，而不是有些块飞快磨损，而其他块毫无作为。所以FTL需要做Wear Leveling，让数据写人均摊到每个闪存块上，即让每个块磨损都差不多，从而保证SSD具有最大的数据写入量；
4.读干扰（Read Disturb）：每个闪存块读的次数是有限的，读得太多了，上面的数据便会出错，
(Read Disturb)问题。
FTL需要处理读干扰问题，当某个闪存块读的次数将要达到一定阂值时，这些数据从该闪存块上搬走，从而避免数据出错；
5.数据保持（Data Retention）：由于电荷的流失，存储在闪存上的数据是会丢失的。这个时间长则十多年，短则几年、几个月，甚至更短(这是在常温下，如果是在高温环境下，电荷流失速度会加快，数据保存的时间就更短了)。
如果SSD不上电，FTL对此也是毫无办法，因为没有运行机会。但一旦上电，FTL就需要对此做点什么，比如扫描闪存，发现是否存在数据保持问题，如果存在，则需要搬动数据，防患于未然。好的FTL，就需要有处理数据保持问题的能力。
6.坏块管理：坏块的症状是擦写失败或者读失败(ECC不能纠正数据错误)。坏块管理也是FTL的一
大任务。
7.Lower Page corruption：对MLC或TLC来说，存在Lower Page corruption的问题。即在对Upper Page/ExtraPage(和Lower Page共享存储单元的闪存页)写人时，如果发生异常掉电，也会把之前Lower Page上成功写人的数据破坏掉；
8.不同产商的FTL可能还会有其他功能；